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项羽在鸿门宴上放过了刘邦。他不认为刘邦有资格与他争夺天下，义军中的威望、推翻秦朝的战功、手中掌握的军队乃至出身门第，刘邦哪一点值得上天的眷顾。亚父范增所说的“刘邦这个人，以前非常喜欢美女，爱好享受的，现在听闻他进军关中的时候，秋毫无犯，这说明他有很大的图谋啊，不如趁早杀掉他吧”。他是很不以为然，但他还是做了相应的准备。他自立为西楚霸王，封刘邦为汉王，都城放置在南郑；同时封章邯为雍王，司马欣为塞王，董翳为翟王。完全封死了刘邦的出路，他听说刘邦在翻越秦岭南行的时候，一边走，一边把身后的栈道逐一烧掉，表示自己无意北还。
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项羽此时已顾不上刘邦了，秦朝已经推翻，各路诸侯也已分封完毕，各自前往封国享受荣华富贵。作为西楚霸王他也想回到江东，享受家乡父老的尊崇和赞誉。
公元前206年八月，齐、赵诸侯叛乱，项羽只得取消回江东的安排，率军前往平乱。不久又接到消息，刘邦“明修栈道 暗度陈仓”已还定关中。此时项羽陷入犹豫中，是继续攻打齐国还是回军灭了刘邦？如果他征求了范增的意见，并且听从了范增的意见，趁刘邦立足未稳，彻底灭了刘邦，历史至此就会更改，这是他最后的挽回机会。在这关键时刻他接到了一封信，张良的信。张良伪作韩王书给项羽，说刘邦只想得关中，不会向东用兵，又伪作齐王、梁王书给项羽说齐王准备和梁王齐心协力灭掉楚国。于是项羽放心攻打齐国。为什么？张良追随刘邦，张良为刘邦谋划，这些在义军中不是秘密，项羽为什么那么相信张良的话，却把真心为他谋划的范增排除在外？难道到了此时项羽还未感觉到来自刘邦的威胁，总之，项羽放心的继续攻打齐国。
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在其后的日子里，刘邦率军直奔彭城，项羽听闻后，留部将继续攻齐，自己亲率精兵三万去救援彭城，大破刘邦军，刘邦仅率数十骑走脱。刘邦逃往下邑，收集败亡散卒至荥阳，各路败军先后前来会合，萧何也发动关中没有登记在册的百姓前来投奔刘邦，刘邦因此军势得以重振。项羽乘胜来战，无法取胜。双双在成皋、荥阳一线展开反复争夺，刘邦败多胜少，却取得了战略上的优势。韩信于河北攻破齐、赵等国，并准备进攻楚国，项羽派大将龙且前往进攻韩信，但却被韩信所破杀，这时彭越又于上谷城复出，项羽大怒，亲自前往救援，留大司马曹咎原地待守，并告诫他不要出战，只需守住十五日即可。项羽走后，刘邦军前来挑战，曹咎大怒，引兵渡汜水，刘邦军趁机发动进攻，大破曹咎军。项羽听闻曹咎兵败，引兵而回。这时刘邦军正于荥阳东围攻钟离眜，听到项羽回来了，不予正面相抗，全部退走。项羽率军东奔西走，疲于奔命，至此腹背受敌，又粮草不继。刘邦的日子其实也不好过,刘邦在荥阳修筑甬道用以过河取敖地的粮食，项羽军多次侵夺甬道，刘邦军无法取得粮草补充，军心不稳。
公元前202年秋，楚军粮尽，无奈之下与汉军讲和，双方约定以鸿沟为界“中分天下”，以西为汉，以东为楚。这即历史上著名的“楚汉相争，鸿沟为界”故事的由来。
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合约已签，项羽率楚军东撤，他还是相信了刘邦的诚意，或者说他更相信自己有能力让刘邦守信。时移世易，他已陷入战略颓势而不自知，很快他就尝到了苦果。刘邦率领本部20万大军追击时项羽没有准备战败，不过他很快回过神来，盛怒之下一战击溃刘邦主力；当他敏锐地察觉到有被合围的危险时，哪怕已是隆冬季节，士兵缺衣少粮，只能沿途取冰化水充饥。他依然充满信心，鼓励士兵振作，只要回到都城彭城，他们就可以吃饱穿暖。形势越来越不利，刘邦军层出不穷的攻击终于引起项羽的重视，但汉军已经攻陷了楚国彭城。英布接受刘邦册封，领淮南王，率大军攻陷了楚国南方大片土地，并拿下了楚国的大司马周殷。南下之路也被彻底堵死。不得已项王率大军在垓下扎下营盘，在断绝粮草和援军的前提下，决战汉军。不过此刻的项王仍然信心满满，他相信十万楚军可以一战即可击穿汉军的包围，他还有卷土重来的时候。
此刻，韩信不想给这头疲惫且受伤的老虎任何喘息之机，韩信命令诸将各引军两万轮流夜袭楚军，不让楚军有任何进食和休整的时间。骚扰战，让你不得休息。经过数日拉锯，项王深知已无力回天。自为诗曰：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝。骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何！”泪别虞姬！
当天夜里，项王率八百骑兵成功突围，直奔淮水。
天明，韩信发现后，立刻派大将灌婴率五千轻骑追杀。此刻项王已经渡过淮水，所剩不到百骑。项王急行军至阴陵。但是仓促间迷路，陷入沼泽，等项王脱离沼泽，所剩只有二十八骑。此刻汉军五千大军已至。项王此刻深感大限将至。
谓其骑曰：“吾起兵至今八岁矣，身七十余战，所当者破，所击者服，未尝败北，遂霸有天下。然今卒困于此，此天之亡我，非战之罪也。今日固决死，原为诸君快战，必三胜之，为诸君溃围，斩将，刈旗，令诸君知天亡我，非战之罪也。”
“此天之亡我，非战之罪也。”至此项羽依然认为他没错。纵观整个楚汉战争，项羽从来没有把刘邦作为主要对手进行军事部署，即便一败涂地还认为是“天亡我”。
“生当作人杰，死亦为鬼雄。至今思项羽，不肯过江东。”
